Датчик угла поворота универсальный ДПС-У.

12.3.1 Общие сведения

Датчик угла поворота универсальный ДПС-У (в дальнейшем - датчик) предназначен для преобразования угла поворота оси колесной пары в пропорциональное количество импульсов, используемых в измерительных системах, контролирующих направление движения, пройденный путь, скорость и ускорение подвижного состава железнодорожного транспорта при скорости вращения оси диска не более 2122 об/мин.

Датчик устанавливается на буксах колесных пар электровоза. Связь оси модулятора датчика с осью колесной пары осуществляется без редуктора;

12.3.2 Технические характеристики

Технические характеристики датчика угла поворота универсального ДПС-У приведены в таблице 12.1.

Таблица 12.1 – Основные параметры и характеристики ДПС-У.

12.3.3 Конструкция датчика

Конструкция датчика ДПС-У представлена на рисунке 12.1

Датчик состоит из фланца (поз.19), крышки (поз.15), подшипникового узла вращения (поз.8) с валом вращения (поз.12). Hа вал с одной стороны установлена полумуфта (поз.23), с другой стороны закреплен диск (поз.18) с системой пазов. Диск входит в паз кронштейна (поз.17).

Закрепление датчика на объекте осуществляется болтами через отверстия на фланце (поз.19). При этом палец (поз.24), закрепленный эксцентрично на оси колесной пары, входит в паз полумуфты (поз.23).

5 – крышка; 6 – манжета; 7 – втулка; 8 – подшипниковый узел; 9, 10 – регулировочные шайбы; 11 – кольцо; 12 – вал; 13 – крышка; 14 гайка; 15 – крышка; 16 – плата;

17 – кронштейн с оптопарами; 18 – диск с пазами (модулятор); 19 – фланец;

20, 21, 22 , 25– прокладки; 23 – полумуфта; 24 – палец;

Рисунок 12.1 – Устройство датчика ДПС-У.

В зависимости от напряжения питания, варианта конструкции привода и кабеля ДПС-У датчики имеют несколько литер исполнения.

Электрическая связь датчика с аппаратурой осуществляется с помощью кабеля, распаянного непосредственно на плате (поз.16), а с другой стороны заканчивается соединителем или клеммными наконечниками.

12.3.4 Функциональная работа датчика

Функциональная схема датчика приведена на рисунке 12.2.

Датчик имеет два идентичных канала. Сигналы каждого канала сдвинуты между собой на угол, соответствующий по времени четверти периода следования импульсов. Период следования определяется скоростью вращения колесной пары. Два канала необходимы для определения направления движения локомотива.

Преобразование угла поворота в количество импульсов происходит в результате модуляции оптического потока, излучаемого светодиодом.

Диск-модулятор вращается синхронно с колесной парой. Фототранзистор, находящийся на одной оси со светодиодом, преобразует оптический поток в электрический сигнал.

При подаче напряжения питания на датчик светодиод будет постоянно излучать световой поток в инфракрасном диапазоне. Фототранзистор будет его принимать только тогда, когда щель диска войдет в область диаграммы направленности фототранзистора. Таким образом, при вращении диска на коллекторе фототранзистора будет формироваться импульсная последовательность с количеством импульсов за один оборот диска, равным количеству его щелей.

Так как световой поток падающий на фототранзистор, из-за широких диаграмм направленности светового потока светодиода и фототранзистора при вращении диска изменяется плавно, то и импульсы получаются колоколообразной формы.

Для получения импульсной последовательности со стабильными во времени длительностями импульса и периода служит формирователь фронтов импульсов, состоящий из транзисторного ключевого каскада и компаратора. Кроме того, компаратор обеспечивает ограничение импульсной последовательности по низу на уровне порогового напряжения, тем самым предотвращает появление "паразитных" импульсов, которые могут формироваться из-за флюктуаций, возникающих на выходе фототранзистора.

С выхода компаратора импульсная последовательность поступает на формирователь сигналов ДПС, который состоит из двух транзисторных ключевых каскадов. Последний каскад выполнен по схеме" открытый коллектор".

Формирователь обеспечивает при открытом состоянии выходного транзистора пропускание через него тока величиной не менее 150 мА, а при закрытом состоянии - по­дачу на него напряжения (35-75) В для датчиков исполнений ДПС-У, ДПС-У-01, ДПС-У-02, ДПС-У-03, ДПС-У-05, ДПС-У-06, ДПС-У-07, ДПС-У-08, ДПС-У-09, ДПС-У-10.01, ДПС-У-10.02, ДПС-У-11 или (18-30) В для исполнений ДПС-У-04, ДПС-У-10.

Формирователь питающих напряжений при помощи линейных ста­билизаторов преобразует напряжение (35-75) В в модификациях датчиков ДПС-У, ДПС-У-01, ДПС-У-02, ДПС-У-03, ДПС-У-05, ДПС-У-06, ДПС-У-07, ДПС-У-08, ДПС-У-09, ДПС-У-10.01, ДПС-У-10.02, ДПС-У-11 в напряжения 24 В и 12 В. Напряжение 24 В используется для питания светодиодов, а 12 В - для всей остальной схемы дат­чика.

Формирователь питающих напряжений в модификациях датчиков ДПС-У-04 и ДПС-У-10 преобразует напряжение (18-30) В в напряже­ния 15 В и 12 В. Напряжение 15 В используется для питания светодиодов, а 12 В - для всей остальной схемы датчика.

12 3.5 Работа датчика.

Электрическая принципиальная схема датчика приведена на рисунке 12.3.

Оптопара с открытым каналом, световой поток которой моду­лируется диском, состоит из светодиодов VD5, VD6, фототранзис­торов VT3, VT4, резисторов R5, R6, R7 и конденсатора С1. Резис­тор R5 задает режим работы по току светодиодам, а конденсатор С1 снижает влияние пульсации (выбросов) питающего напряжения на ток, текущий через них.

Изменением сопротивления резисторов R6 и R7 (путем подбора номинала) можно регулировать длительность выходных импульсов датчика.

Формирователи фронтов импульсов выполнены на транзисторах VT5, VT6, резисторах R8, R10, R11 и R9, R12, R13. Диоды VD7 и VD8 в цепях эмиттеров ограничивают по низу импульсы с преобра­зователя, отсекая наиболее пологую часть по фронту.

Компараторы выполнены на микросхемах DD1 и DD2. Делители на резисторах. R14, R15 и R16, R17 формируют опорное напряжение. Резисторы R18, R20 и R19, R21 в цепях обратной связи компарато­ров формируют релейную характеристику компаратора, тем самым предотвращается "дребезг" на выходе компаратора при сравнении сигналов на входах 2 и 3. Конденсаторы С4 и С5 используются для повышения помехоустойчивости компаратора, от "паразитных" коле­баний, которые могут возникнуть при стоянке локомотива при ко­лебаниях колесной пары. Резисторы R22 и R23 - нагрузочные, так как выход компаратора типа "открытый коллектор".

Формирователи сигналов датчиков выполнены на транзисторах VT7, VT9, VT11 для одного канала и VT8, VT10, VT12 для другого, транзисторы работают в ключевом режиме. Транзисторы выбраны та­кого типа, чтобы через выходные транзисторы VT11, VT12 в откры­том состоянии можно было бы пропускать ток величиной не менее 150 мА, а в закрытом состоянии допускали напряжения на коллек­торе не менее 75 В.

Формирователь питающих напряжений состоит из параметрического стабилизатора на 24 В для ДПС-У, ДПС-У-01, ДПС-У-02, ДПС-У-03, ДПС-У-05, ДПС-У-06, ДПС-У-07, ДПС-У-08, ДПС-У-09, ДПС-У-10.01, ДПС-У-10.02, ДПС-У-11 (на 15 В для ДПС-У-04, ДПС-У-10), выполненного на стабилитронах VD2, VD3, транзисторах VT1, VT2 и резисторе R2, и параметрического стабилизатора на 12 В, выполненного на стабилитроне VD4 и резисторе R4.

От источника 24 В для ДПС-У, ДПС-У-01, ДПС-У-02, ДПС-У-03, ДПС-У-05, ДПС-У-06, ДПС-У-07, ДПС-У-08, ДПС-У-09, ДПС-У-10.01, ДПС-У-10.02, ДПС-У-11 (15 В для ДПС-У-04, ДПС-У-10) питаются светодиоды, а от источника питания 12 В - вся остальная схема датчика. Стабилизатор на 24 В (15 В) с транзисторами VT1 и VT2 выбраны с целью уменьшения до минимума мощности рассеивания в датчике при питании его от источника напряжения 75 В (30 В), сохранив при этом режим работы стабилитронов VD2, VD3, VD4 и транзисторов VT1, VT2 при работе датчика в условиях повышенной температуры окружающей среды.

Блок связи БС-ДПС-БЗС.

12.4.1 Назначение.

Блок связи БС-ДПС-БЗС, предназначен для:

- обработки сигналов, поступающих от датчиков угла поворота ДПС-У;

- измерения текущей скорости движения электровоза, ускорений, подсчета пройденного пути и передачи данной информации в кодовую линию связи RS-485;

- обеспечения гальванической развязки между системами потребителями и ДПС-У;

- контроля работоспособности датчиков с выдачей сигнала "Исправность" по каждому каналу.

12.4.2 Технические характеристики.

Технические характеристики блока связи БС-ДПС-БЗС приведены в таблице 12.2.

Таблица 12.2 - Технические характеристики блока связи БС-ДПС-БЗС.

12.4.3 Устройство и работа

12.4.3.1 Блок связи БС-ДПС-БЗС включает в себя:

- модуль измерения скорости и пройденного пути БС-ДПС 01Б.01.10.00;

- модуль защиты от скольжения БС-ДПС-БЗС 04Б.09.10.00;

- источник питания «5 В» TEN 3-4811;

- источник питания «15 В» TEN 3-4813.

4.4.3.2 Структурная схема модуля БС-ДПС представлена на рисунке 12.4. Модуль БС-ДПС состоит из устройств гальванической развязки по сигналам датчиков B1 – B4, формирователя с гальванической развязкой C1 – C4, логического узла, ключей с гальванической развязкой A1 – A4.

Устройства гальванической развязки B1 – B4 обеспечивают размножение сигналов с датчиков угла поворота на двух потребителей, гальваническую развязку между датчиками и потребителями и потребителями между собой. Устройства гальванической развязки выполнены на оптопарах MOCD213.

Формирователи с гальванической развязкой С1 – С4 предназначены для гальванической развязки логической части блока БС от входных сигналов и передачи импульсов датчиков угла поворота в логическую часть. По два импульсных сигнала с каждого датчика подаются на формирователи и через них – на логический блок. Формирователи выполнены на оптроне MOCD213, резисторах, задающих токи в цепях светодиода и выходного транзистора оптрона, а также микросхеме триггера Шмидта MC74AC14D.

Логический блок модуля БС-ДПС представляет собой блок анализа сигналов датчиков угла поворота, состоящий из двух полукомплектов. Каждый из полукомплектов состоит из микропроцессора AT90S8535-8AI.

Обмен по кодовой линии связи ведут оба микропроцессора через приемопередатчик RS485 на микросхеме DD4 ADM485AR.

Через объединенные выходы двух полукомплектов (сигналы MOSI, MISO, SCK, RST1, RST2) возможно перепрограммирование памяти программ соседнего полукомплекта по данным получаемым с линии связи RS485.

Импульсные сигналы всех четырех каналов обоих ДПС после формирования поступают на порты С микроконтроллеров DD1 и DD3 двух полукомплектов, которые ведут непрерывную их программную обработку. Скорость и ускорение вычисляются по каждому датчику в отдельности, но в линию связи RS-485 эта информация поступает от того датчика, который выбран на данный момент по условиям движения: в режиме тяги - от датчика с минимальной частотой вращения, а в режиме торможения или выбега – от датчика с максимальной частотой вращения. Кроме того в линию связи непрерывно передается пройденный путь в виде состояния счетчика, объем которого составляет 6554 метра. Инкремент счетчика осуществляется через каждые 0,1 метра пути. Для вычисления параметров движения используются диаметры бандажей обоих колесных пар, которые записываются в БС-ДПС с помощью БПрУ-САУТ-ЦМ, а также на стенде КПА.

БС-ДПС также вычисляет и передает в линию связи направление вращения обоих ДПС, сигналы исправности по каждому каналу и номер выбранного в данный момент датчика. Программа обработки непрерывно анализирует исправности каналов обоих датчиков.

Ключи с гальванической развязкой A1 – A4 предназначены для выдачи сигналов исправности системам-потребителям. Ключи реализованы на оптронах MOCD213 и транзисторах КТ665Б9. Открытому состоянию выходного ключа соответствует состояние "ИСПРАВЕН", закрытому – "НЕИСПРАВЕН".

12.4.3.3 Структурная схема модуля БС-ДПС-БЗС приведена на рис.12.5.

Рисунок 12.5 - Структурная схема модуля БС-ДПС-БЗС.

Модуль защиты от скольжения предназначен для обработки сигналов, поступающих от датчиков угла поворота ДПС-У, выявления скольжения колесных пар и передачи результатов обработки в аппаратуру МПСУ и Д.

Модуль защиты от скольжения выполнен на основе двух однокристальных микроконтроллеров DD1 и DD2. Каждый из микроконтроллеров подключен к одной из линий связи RS-485 аппаратуры МПСУ и Д через преобразователи интерфейса DD3 и DD4.

Сигналы от датчиков угла поворота поступают на входы формирователей входных сигналов, выполненных на основе элементов DA1 – DA4. Оптопары DA1 и DA2 обеспечивают гальваническую развязку между цепями датчиков ДПС-У и модулем защиты от скольжения. Сигнал с выходов оптопар через помехоподавляющие RC-цепи поступает на входы компараторов DA3 и DA4. Компараторы имеют цепь обратной связи, определяющую гистерезис порогов переключения, что в сочетании с интегрирующей RC-цепью обеспечивает подавление импульсных помех.

Фильтрованный сигнал с выходов формирователей поступает на входы микроконтроллеров DD1 и DD2. Каждый из микроконтроллеров обрабатывает сигналы от двух датчиков ДПС-У. Результаты обработки пересылаются от микроконтроллера DD1 к микроконтроллеру DD2 и наоборот через линию межпроцессорного обмена стандарта SPI (цепи SS, MOSI, MISO, SCK, INT). В результате такого обмена данными каждый из микроконтроллеров получает полный набор данных о скорости вращения и ускорении всех колесных пар ТПС. Обработав эти данные, микроконтроллеры формируют сигналы о наличии скольжения колесных пар, которые поступают в линии связи аппаратуры МСУЛ.

Технологический разъем Х1 служит для первоначального программирования микроконтроллеров после изготовления модуля или в случае замены микроконтроллера.

12.4.3.4 Конструкция блока БС-ДПС-БЗС показана на рисунке 12.6. Блок состоит из корпуса, крепежных планок и передней панели. На корпусе установлены блочные части соединителей для внешних потребителей: для подключения датчиков угла поворота, для подачи напряжения питания, линии САУТ и МПСУ и Д. В верхней части корпуса размещена кнопка сброса неисправностей. На переднюю панель выведены индикаторы исправности двух ДПС.

А1 - модуль БС-ДПС; А2 - модуль БС-ДПС-БЗС; А3, А4 - источник питания TEN 3-4811; А5, А6 - источник питания TEN 3-4813; SA1 – кнопка «СБРОС»

Рисунок 12.6 - Блок связи БС-ДПС-БЗС